CN201753096U - 一种基于惯性轮的自行车机器人 - Google Patents

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    • B62H1/00—Supports or stands forming part of or attached to cycles
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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Abstract

本实用新型公开了一种基于惯性轮的自行车机器人，包括自行车，自行车上安装有转向电机、惯性轮电机和驱动电机；在自行车上还安装有陀螺仪传感器、超声波传感器、惯性轮、CCD摄像头、视频分离电路、控制模块和电源模块，其中，转向电机、惯性轮电机和驱动电机后面分别连接测速传感器和控制模块，CCD摄像头与视频分离电路相连接；所述的陀螺仪传感器，超声波传感器、测速传感器、视频分离电路分别与控制模块相连；惯性轮与惯性轮电机相连；电源模块和控制模块相连。该自行车机器人能在较大的倾斜角度范围内保持平衡，并且具有障碍物识别、自主循迹、自动停车等功能。

Description

一种基于惯性轮的自行车机器人
技术领域
本实用新型涉及一种机器人，尤其涉及一种基于惯性轮的自行车机器人。
背景技术
自行车是我国乃至全世界范围内广泛普及的交通工具，它在给人类的生活带来极大的便利的同时，人们也在对其进行不断的改进。随着近年来高集成度与高速数字技术的飞速发展，控制技术的进一步发展和完善，再加上新的更先进的制造工艺的不断产生，从而使得机器人领域发生了翻天覆地的变化。同时电子技术，信息技术在机器人方面的大量应用，使得机器人在自动控制方面有了深远的进步，进一步推动了机器人的技术朝着自动化，智能化的方向发展。虽然现在市场上的机器人琳琅满目，但是大多数都是三轮或者三轮以上的，极少数有两轮的机器人，并且能够在静止直立时保持平衡，在倾斜较大的角度时保持平衡，能够自主驾驶，按照预定的路线行驶，能够壁障，遇到障碍物时自动停车。
发明内容
本实用新型的目的在于，提供一种基于惯性轮的自行车机器人，该自行车机器人能在较大的倾斜角度范围内保持平衡，并且具有障碍物识别、自主循迹、自动停车等功能。
为了实现上述任务，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种基于惯性轮的自行车机器人，包括自行车，其特征在于，所述的自行车上安装有转向电机、惯性轮电机和驱动电机；在自行车上还安装有陀螺仪传感器、超声波传感器、惯性轮、CCD摄像头、视频分离电路、控制模块和电源模块，其中，转向电机、惯性轮电机和驱动电机后面分别连接测速传感器和控制模块；CCD摄像头与视频分离电路相连接；所述的陀螺仪传感器，超声波传感器、测速传感器、视频分离电路分别与控制模块相连；惯性轮与惯性轮电机相连；电源模块和控制模块相连。
本实用新型其它特点是：惯性轮电机和惯性轮安装在自行车的横梁上，转向电机安装在自行车的前叉上，驱动电机安装在自行车的后轴上。
控制模块选用MC9S12XDP512单片机。
陀螺仪传感器采用ADXRS300型单轴微型陀螺仪传感器。
超声波传感器采用PING超声波传感器。
测速传感器选择欧姆龙E6A2系列旋转编码器。
CCD摄像头采用型号为WS-8138的摄像头。
本实用新型的基于惯性轮的自行车机器人具有以下特点：(1)能在较大倾斜范围内的任意角度保持平衡。
(2)在静止时能自动保持平衡。
(2)根据设定路线能进行自主驾驶。
(3)具有自动避障功能。
附图说明
图1为本实用新型的系统结构示意图。
图2为本实用新型的各模块安装图。
图3为本实用新型的控制模块的程序控制流程图。
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
参照图1，图2，本实施例的自行车机器人，要求尺寸较小、重量较轻、设备易于安装，综合考虑后，选择Royalbaby 12寸儿童自行车，自行车上安装有转向电机7、惯性轮电机8和驱动电机9；自行车上还安装有陀螺仪传感器1、超声波传感器2、惯性轮11、CCD摄像头4、视频分离电路5、控制模块6和电源模块10。其中，转向电机7、惯性轮电机8和驱动电机9后面分别与测速传感器3和控制模块6相连接；CCD摄像头4与视频分离电路5相连接；陀螺仪传感器1，超声波传感器2、测速传感器3、视频分离电路5分别与控制模块6相连，惯性轮11与惯性轮电机8相连；电源模块10和控制模块6相连。
陀螺仪传感器1采用美国模拟器件公司(AD公司)生产的ADXRS300型单轴微型陀螺仪传感器，主要用于测量自行车倾倒的角速度；陀螺仪传感器1安装在自行车车座杆中部，输出端与控制模块6相连接，实时将测量到的自行车倾倒的角速度传送给控制模块6。
超声波传感器2采用美国Parallax公司生产的PING超声波传感器。它包括超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器以一定的频率发射超声波，超声波接收器不断接收反射回来的超声波，根据发射和接收的时间差计算出自行车机器人距前方障碍物之间的距离。
超声波传感器2安装在自行车车把的中部，超声波传感器2上的发射器和接收器方向朝前，其输出端与控制模块相连，实时的将自行车机器人与前方障碍物之间的距离信息传送给控制模块6。
测速传感器3采用欧姆龙E6A2系列旋转编码器，分别用于测量惯性轮电机8、驱动电机9和转向电机7的转动速度和转动方向。测速传感器3为三个，分别安装在转向电机7、惯性轮电机8和驱动电机9的后面，每一个测速传感器3的输出端与控制模块6相连，实时的将转向电机7、惯性轮电机8和驱动电机9的转动方向和转动速度传送给控制模块6。
CCD摄像头4采用型号为WS-8138CCD摄像头，安装在车把中间位置，方向朝前，主要用于采集自行车机器人前方道路的图像信息，并将采集到的图像信息经过视频分离电路5之后传送给控制模块6，输出端通过视频分离电路5后与控制单元6相连。
控制模块6是自行车机器人的“大脑”，采用freescale公司生产的MC9S12XDP512单片机。控制模块6实时的接收各个模块所传送过来的信号，并经过相应的运算处理后发送控制信号控制各个模块协调工作。
转向电机7安装在自行车的前轴上方的前叉上，用机械机构与自行车车把连接，主要用于控制自行车的左右转向。转向电机7的输入端与控制模块相连接，输出端与自行车车把相连。
惯性轮电机8安装在自行车的横梁上，即自行车中轴线的正上方，输入端与控制模块6相连接，输出端与惯性轮11相连，实时的根据控制模块6所发送的转动控制信号控制惯性轮的顺逆转动。
惯性轮11也安装在自行车的横梁上，通过惯性轮电机带动惯性轮转动，从而给自行车提供一个与自行车倾倒力矩相反的力矩，使自行车保持平衡。
驱动电机9安装在自行车后轴部位，主要用于控制自行车的前进、后退和静止。其输入端与控制模块6相连接，输出端与自行车后轴相连，实时的根据控制模块6所发送的转动控制信号控制自行车的前进和后退；电源模块10采用7.2V充电锂电池，是自行车机器人正常工作的动力源，通过DC-DC电压转换电路为各个部件提供所需的工作电压。
参照图3，在控制模块6初始化之后，陀螺仪传感器1在自行车运行过程中会实时检测自行车当前的倾斜角速度，并将检测到的角速度信号传送给控制模块6。控制模块6根据传送过来的倾斜角速度信号，经过运算处理后判断自行车是否处于平衡状态。如果不平衡，则控制模块6发送PWM信号控制惯性轮电机8的转动方向和转动速度，使惯性轮11旋转产生力矩，给自行车提供一个与其倾倒力矩相反的力矩，从而保持自行车的平衡。
CCD摄像头4实时的采集自行车前方道路图像信息，并将采集到的图像信息经过视频分离电路5后发送给控制模块6，控制模块6经过A/D转换，图像分析处理后，找出预定的轨迹，发送相应的PWM信号控制转向电机7的转动方向和转动速度，从而使自行车按照预定轨迹转向。测速传感器3实时采集自行车的当前车速，并将车速信息传送给控制模块6，控制模块6运算处理所接收到的车速信号后，结合转向电机7的工作状态，向后轮的驱动电机9发送PWM控制信号，从而使驱动电机9进行加速或者减速。
在自行车前进或者倒退的过程中，超声波传感器2不断发射接收超声波脉冲信号，并实时将反映与前方障碍物之间距离的信号传送给控制模块6。如果自行车与障碍物之间的距离小于预定的安全距离，则控制模块6给后轮上的驱动电机9发出PWM控制信号，使其反转减速，避免与障碍物相撞。

Claims (7)

1.一种基于惯性轮的自行车机器人，包括自行车，其特征在于，所述的自行车上安装有转向电机(7)、惯性轮电机(8)和驱动电机(9)；在自行车上还安装有陀螺仪传感器(1)、超声波传感器(2)、惯性轮(11)、CCD摄像头(4)、视频分离电路(5)、控制模块(6)和电源模块(10)，其中，转向电机(7)、惯性轮电机(8)和驱动电机(9)分别与测速传感器(3)和控制模块(6)相连；CCD摄像头(4)与视频分离电路(5)相连接；所述的陀螺仪传感器(1)、超声波传感器(2)、测速传感器(3)、视频分离电路(5)分别与控制模块(6)相连；惯性轮(11)与惯性轮电机(8)相连；电源模块(10)和控制模块(6)相连。
2.如权利要求1所述的基于惯性轮的自行车机器人，其特征在于，所述的转向电机(7)安装在自行车的前叉上，惯性轮电机(8)和惯性轮(11)安装在自行车的横梁上，驱动电机(9)安装在自行车的后轴上。
3.如权利要求1所述的基于惯性轮的自行车机器人，其特征在于，所述的控制模块(6)选用MC9S12XDP512单片机。
4.如权利要求1所述的基于惯性轮的自行车机器人，其特征在于，所述的陀螺仪传感器(1)采用ADXRS300型单轴微型陀螺仪传感器。
5.如权利要求1所述的基于惯性轮的自行车机器人，其特征在于，所述的超声波传感器(2)采用PING超声波传感器。
6.如权利要求1所述的基于惯性轮的自行车机器人，其特征在于，所述的测速传感器(3)选择欧姆龙E6A2系列旋转编码器。
7.如权利要求1所述的基于惯性轮的自行车机器人，其特征在于，所述的CCD摄像头(4)的型号为WS-8138。
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